天文学与宇宙学

宇宙
及其结构

从宏观整体到太阳系——一场贯穿时空的结构化旅程。

第 01 章 🌌

宇宙

可观测宇宙是我们理论上能够看到的一切——受限于光速和宇宙的年龄。然而宇宙本身可能是无限大的。

13.8
十亿年
宇宙的年龄
930亿
光年直径
可观测宇宙
2.7 K
宇宙微波背景辐射
宇宙的温度
67–74
千米/秒/百万秒差距
哈勃常数——测量值因方法而异,尚有争议
10⁸⁰
个原子
存在于可观测宇宙中
~0
总能量
正能量与负能量之和

宇宙的组成:

68%
27%
5%
暗能量 — 68%
暗物质 — 27%
普通物质 — 5%

宇宙起源于138亿年前的大爆炸,从一个极端炽热、致密的状态开始。此后宇宙持续膨胀——而且这种膨胀正在加速,其背后的推动力是神秘的暗能量。

第 02 章 🌀

星系

星系是由恒星、气体、尘埃和暗物质组成的巨大集合,靠引力维系在一起。据估计,可观测宇宙中的星系数量从数千亿到约两万亿不等,具体取决于计数方法。

数千亿
个星系(估计)
可观测宇宙中——计数方法尚有争议
100,000
光年
银河系直径
2,000亿–4,000亿
颗恒星
银河系内
253.7万
光年
仙女座星系的距离
~200万
光年直径(光晕)
IC 1101——已知最大的星系之一
430万
太阳质量
人马座A*——中心黑洞

按哈勃分类法划分的星系类型:

螺旋星系
扁平的盘状结构,带有旋臂。包含活跃的恒星形成区域。我们的银河系是一个棒旋星系(SBbc型)。
椭圆星系
较古老、呈圆形至椭圆形的结构。几乎没有恒星形成活动。通常是最大的星系(例如IC 1101)。
不规则星系
没有固定形状,通常由星系碰撞形成。麦哲伦云是著名的例子。
第 03 章 ✨

宇宙天体

一个星系所包含的远不止恒星。从坍缩的巨星到发光的气体星云——这里是构成星系的所有宇宙天体。

主序星
核心将氢聚变为氦。我们的太阳就是一个例子——G型星,平均寿命约100亿年。
红巨星
中等质量恒星的衰老阶段。外壳大幅膨胀,核心坍缩。太阳将在约50亿年后成为红巨星。
超新星
大质量恒星生命末期的灾难性爆炸。短时间内比整个星系还要明亮。会产生重元素。
中子星
超新星爆发后的残骸。密度极高——一茶匙的物质重达数十亿吨。直径仅约22–26公里。
脉冲星
旋转的中子星,发射出集束的辐射锥。精确度堪比原子钟。
白矮星
类太阳恒星的残骸。体积与地球相当,密度极高。会在数十亿年间缓慢冷却。
黑洞
引力强大到连光都无法逃脱的天体。由大质量恒星坍缩形成,或存在于星系中心。
类星体
围绕超大质量黑洞的活跃星系核。是宇宙中持续发光天体中最明亮的一类。
发射星云
被附近恒星电离的巨大气体和尘埃云。是新恒星的诞生地。猎户座星云是最著名的例子。
行星状星云
垂死恒星抛出的外壳。尽管名字如此,它与行星无关——这个名称源于其外观与行星相似。
球状星团
呈球形对称分布,由10万到数百万颗年老恒星组成。作为卫星天体绕星系运行。
疏散星团
由同一时期形成的年轻恒星组成的松散星团。昴星团是最著名的例子——肉眼可见。
第 04 章 ☀️

太阳系

我们的太阳系大约在46亿年前由一片坍缩的气体云形成。太阳位于中心——它占据了整个太阳系99.86%的质量。

太阳
类型 G型矮星 直径 1,392,000 km 表面温度 5,778 K 年龄 46亿年
水星
直径 4,879 km 距离 0.39 AU 公转周期 88天 卫星 0
金星
直径 12,104 km 距离 0.72 AU 公转周期 225天 表面 464°C
地球
直径 12,742 km 距离 1.00 AU 公转周期 365.25天 卫星 1
火星
直径 6,779 km 距离 1.52 AU 公转周期 687天 卫星 2
木星
直径 139,820 km 距离 5.20 AU 公转周期 11.9年 卫星 115
土星
直径 116,460 km 距离 9.58 AU 公转周期 29.5年 卫星 293 · 环系统
天王星
直径 50,724 km 距离 19.2 AU 公转周期 84年 卫星 29
海王星
直径 49,244 km 距离 30.1 AU 公转周期 165年 卫星 16

太阳系中的其他天体:

矮行星
冥王星、阋神星、谷神星、鸟神星、妊神星。体积太小无法清空轨道,但足够大能形成球形。
小行星带
位于火星和木星之间。包含数百万块岩石天体,最大的是谷神星。总质量小于月球的4%。
特洛伊小行星
在拉格朗日点L4和L5与木星共享轨道。已知的特洛伊小行星超过15,000颗。
柯伊伯带
位于海王星轨道之外(30–50 AU)。包含冥王星及数千个冰质天体——短周期彗星的来源。
彗星
沿椭圆轨道运行的冰和尘埃块。靠近太阳时会形成由气体和尘埃组成的发光尾巴。
奥尔特云
假设中由数十亿冰质天体组成的球壳,延伸至约100,000 AU远——长周期彗星的来源。
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